自动化专业英语5unit翻译

第一篇：自动化专业英语5unit翻译

Unit 5 控制器整定

控制系统安装好后，必须不断调整控制器设置直到控制系统性能满足要求。这个过程被称为控制器整定或者现场控制整定。因为控制器整定通常要用试差法完成，因此它十分费时。最终，对满足要求的控制器设置进行恰当的初始评估是十分重要的。由相似的控制循环经验中得来的首个恰当的假设可能会被利用。或者说，如果一种过程模型或者录放幅频响应的数据可以被应用，那么一些专门的设计方法就可以被应用于计算控制器设置中去。然而，现场整定的方法可能仍然被需求于精确合理地整定控制器中，尤其是在可用性过程信息不完整或者不准确的条件下。

1.控制循环普遍原理

对于控制类型以及控制设置的选择的普遍原理可应用于普遍遇到的过程变量中去：流速，液位，气压，温度，以及成分。下面我将要讨论的原理对于过程模型不可用的情形是十分有用的。然而，这些原理也该被小心使用因为意外的确可能发生。类似的原理还可被应用于为启动一个新的系统（工厂）而去选择初始化控制器设置中去。

流动控制

流动和液压控制循环具有快速响应的特征（大约几秒钟），必须没有时间延迟。动态过程的应用源于可压缩性（存在于气体流中）或者惯性的影响（存在于液体中）。如果气动装置被应用的话，传感器和信号传输线可能会引用巨大的动力差。存在于流动控制系统中的扰动会频频发生但是通常情况下不会扩大。大多数的扰动都是由于流体湍流，阀门改变，泵的震动而产生的高频干扰信号（周期性或随机性的）。PI流动控制器通常被用于控制器增益的中间值Kc。一再的高频干扰信号的出现排除了微分作用使用的可能。

液位

一种典型的非自我调控的液位控制过程已经被陈述过。由于其积分特性，相对的高增益控制器可以被使用而且不必担心控制系统的不稳定性。事实上，控制器增益的增加通常会使系统的稳定性增加，而低增益可能会增加系统的不稳定程度。如果可以承受液位中存在的小部分抵消作用，积分控制作用就可以被正常使用，但不是必须要使用。微分作用在液位控制 中不常应用，因为液位测量通常包括由于进入储罐时液体溅射和湍流而产生的干扰信号。

在许多的液位控制问题中，液体储罐当做缓冲罐来使用以减弱其入口流量的变化。如果储罐出口流速作为操控变量，那么出口流速处，传统的控制器设置就应该用来避免大且迅速的流量变化。这种方法被称为平均控制法。如果液位控制还包括热量转换的话，比如在整流器或者蒸发器中，过程模型和控制器设计就会变得更加复杂。这种情形下，专用控制方法就会具有优势。

气压

除了气体与液体相平衡的状况，气压控制相对容易。气压控制过程是自动调节的：当压力过低时，管道允许加压，当压力变高时，管道减压。PI控制器通常在仅有少量的积分控制作用下被使用。通常，管道的体积不会很大，同时带来较小的滞留时间和时间常数。一般并不需要微分作用因为过程响应时间相比与其他的过程操作通常很小。

温度

由于种类繁多的控制过程和不同包含热交换的装置（以及他们不同的时间标度），温度控制循环的通用原理是很难说明的。比如，温度控制问题与热交换，蒸馏塔，化学反应器，蒸发器是完全不同的。由于时间延迟以及多种热容的出现，控制增益稳定性通常会有所限制。与PI控制器相比，PID控制器通常用来提供更加迅速的响应。

物料

物料循环通常具有和温度循环近似的特征，但是具有以下几点不同：

1.在物料循环中测量干扰信号成为一个更重要的问题。

2.由于分析仪产生的时间延迟成为重要因素。

这两个因素将限制微分作用的效果。由于他们的重要性以及控制的困难性，物料循环和温度循环通常成为先进控制方法中的首要考虑对象。

2． 试差整定法

控制器现场整定通常按照由控制器制造厂建议的试差程序进行的。对于PID控制器来说，一个典型的方法可以被概述如下：

第一步：通过设定其最小值以及最大值消除积分微分作用。

第二步：设定较小增益Kc并使控制器自动化。

第三步：在设定完较小值或者负载变化后，逐步增大控制器增益Kc直到连续震荡产生。词语“连续震荡”是指具有恒定增益的持续波动。

第四步：减小Kc至二分之一。

第五步：逐步减少t1直到连续震荡再次发生。设定t1等于这个值得三倍。

第六步：增大td直到连续震荡发生。设定td等于这个值得三分之一。

第三步中产生连续震荡的值Kc称作临界增益，被记为Kcu。在进行试验过程中，控制器输出不饱和是十分重要的。如果饱和发生，那么持续波动就会产生，即使Kc>Kcu。

因为临界增益的理论在控制系统设计和分析中扮演着关键的角色，我们给予更加正规的定义：

定义：临界增益Keu是控制增益Kc中的最大值，而当只有比例控制器被应用时此Kc使闭环系统稳定。

如果过程模型被使用，那么Kcu依据稳定标准可以进行理论计算。上面所描述的试差整定程序具有以下缺点：

1.如果需要大量的试验来优化Kc，t1和td，或者，如果动态过程过慢的话，那将十分耗时。由于生产率缺失或者粗糙的产品质量，单元控制环试验可能变得更加昂贵。

2.由于整个过程受限于系统稳定性，连续震荡可能更加困难。结果，如果在控制器整定期间外部扰动或者过程变化产生，那么不稳定操作或者危险情况就会产生。

3.整定程序不能应用于开环不稳定过程中，因为这样的过程是典型的具有最大值或者最小值Kc的不稳定过程，但是对于中间变化范围的增益值来说却是稳定的。

4.一些简单的过程不具备临界增益（比如，可以通过无延时一阶或者二阶传递函数精确模拟的过程）。

3.连续震荡法

基于持续波动的试差整定法可以被认为是由Ziegler和Nichols1942年出版的著名的连续震荡法的变形。这个经典的方法由于其整定PID控制器的原因而可能成为最为著名的方法。连续震荡方法也被称作循环整定法或者是临界增益法。第一步就是像前面部分叙述的那样通过实验得出Kcu。产生持续波动的时间间隔被称作临界时间Pu。PID控制器设置将通过Kcu和Pu利用图表1中的Z-N整定关系进行计算。Z-N整定关系是由经验发展而来的用以提供衰减比。这些整定关系被广泛的使用于工业中以及作为比较不同控制方案的有利的基本因素。然而，在后面将要呈现的控制器整定例子说明了Z-N整定法可能比通过其他方法获得的设定值要差并且应该小心使用。

注意到为比例控制进行Z-N整定的设置提供了重要的安全边界，因为这个控制器增益是稳定限制值Kcu的一半。当积分作用增加时，由于PI控制，Kc减少到0.45Kcu。然而，由于PID控制，微分作用的增加允许此增益增加至0.6Kcu。

对于一些控制循环，与1/4衰减比和由于设定值改变而产生相应大超调量相关的波动程度并不符合要求。因此，更多的传统的设置通常更具优势，比如表二中的修改过的Z-N设置。

尽管被广泛的应用，Z-N连续震荡方法同试差法相比具有一些同样的缺点。然而，连续震荡法比起试差法更加省时因为它只需要一步试差找寻。并且我们希望强调的是表格1和表格2中的控制器设定应该被视为初步估计。通常仍需要接下来通过试差法的精细整定，尤其是在表格1中“初始设置”被选择的条件下。或者，可以使用在本部分末尾将讨论的连续震荡自动整定法。

4.制程反应曲线法

在著名的论文中，Z和N提出了一种二次联机整定技术，即制程反应曲线法。这个方法是基于一个单一的实验，此实验是通过控制器的手动模式完成的。通过引起控制器输出的微小阶跃变化，记录测量过程的响应B。此阶跃响应也被称作制程控制。它通过两个参数进行描述：S，拐点处切线斜率，&，切线截断时间轴处所得时间。

由于在t=0时刻的阶跃变化产生的两种不同类型的制程反应曲线如Fig所示。a图中响应无边界，意味着此过程为非自动调节过程。相反，b图中的假想过程是自动调节过程因为制程反应曲线达到全新的稳定状态。注意斜坡截断描述都可应用于这两种制程反应曲线中。

由制程反应曲线而来的Z-N整定关系如表格3所示。S*表示标准化斜率，S=S/△p，其中△p是在控制输出端p被引用的阶跃变化的幅度。这些整定关系由经验发展而来利用1/4衰减比给予闭环响应。表格3中的整定关系可被用于自动调节过程和非自动调节过程。

如果制程反应曲线具有如b图中显示的典型的S形结构，下面的模型式通常都会满足：（公式略）

公式中B’是被控变量的测量量，P’是控制器输出，两者都被描述为微分变量。注意到这个模型包含了传递函数，是末控原件和敏感变送器的结合，也是过程传递函数。模型参数K，t和&可由制程控制曲线得到。

制程控制曲线方法提供了以下一些优势：

1.只有一项实验是必须完成的。

2.它无需试差。

3.控制器设置计算简单。

然而，PRC方法也有以下缺点：

1.实验在开环条件下完成。因此，如果在实验过程中有巨大的负载变化产生，没有正

确的措施可被采取，实验结果可能会产生巨大偏差。

2.可能很难恰巧在拐点处决定其斜率，尤其是在测量被干扰以及小型记录表被使用的条件下。

3.此方法更容易产生控制器校准误差误差。相反，Z-N法不容易产生校准误差因为控

制器增益在实验过程中已被调整。

4.表格2和3中的推荐设置将产生波动响应尽管他们能提供1/4衰减比。

5.此方法并不适于具有波动开环响应的过程因为Eq.1的过程模型十分不准确。

制程反应曲线法的闭环形式已作为第一个缺点的部分补救方式而被提出。这种方法中，制程反应曲线通过在只有比例控制器的设定点处产生的阶跃变化而产生。Eq.1中的模型参数将从闭环响应中以一种全新的方式进行计算。闭环制程反应曲线的次要缺点是这种模型参数计算比起标准开环法更加复杂。

第二篇：电气自动化专业英语14章翻译

14章 直流电机速度控制

14.1 调节系统

调节系统是一类通常能提供稳定输出功率的系统。

例如，电机速度调节器要能在负载转矩变化时仍能保持电机速度为恒定值。即使负载转矩为零，电机也必须提供 足够的转矩来克服轴承的粘滞摩擦影响。其它类型的调节器也提供输出功率，温度调节器必须保持炉内的温度恒定，也就是说，即使炉内的热量散失也必须保持炉温不变。一个电压调节器必须也保持负载电流值变化时输出电压恒定。对于任何一个提供一个输出，例如速度、温度、电压等的系统，在稳态下必定存在一个误差信号。14.2 电气制动

在许多速度控制系统中，例如轧钢机，矿坑卷扬机等这些负载要求频繁地停顿和反向运动的系统。随着减速要求，速度减小的比率取决于存储的能量和所使用的制动系统。一个小型速度控制系统（例如所知的伺服积分器）可以采取机械制动，但这对大型速度控制器并不可行，因为散热很难并且很昂贵。

可行的各种电气制动方法有：（1）回馈制动。（2）涡流制动。（3）能耗制动。

（4）反向（接）制动。

回馈制动虽然并不一定是最经济的方式，但却是做好的方式。负载中存储的能量通过工作电机（暂时以发电机模式运行）被转化成电能并被返回到电源系统中。这样电源就充当了一个收容不想要的能量的角色。假如电源系统具有足够的容量，在短时回馈过程中最终引起的端电压升高会很少。在直流电机速度控制沃特-勒奥那多法中，回馈制动是固有的，但可控硅传动装置必须被排布的可以反馈。如果轴转速快于旋转磁场的速度，感应电机传动装置可以反馈。有晶闸管换流器而来的廉价变频电源的出现在变速装置感应电机应用中引起了巨大的变化。

涡流制动可用于任何机器，只要在轴上安装一个铜条或铝盘并在磁场中旋转它即可。在大型系统中，散热问题很重要的，因为如果长时间制动，轴、轴承和电机的温度就会升高。

在能耗制动中，存储的能量消耗在回路电阻器上。用在小型直流电机上时，电枢供电被断开，接入一个电阻器（通常是一个继电器、接触器或晶闸管）。保持磁场电压，施加制动降到最低速。感应电机要求稍微复杂一点的排布，定子绕组被从交流电源上断开，接到直流电源上。产生的电能继而消耗在转子回路中。能耗制动应用在许多大型交流升降系统中，制动的职责是反向和延长。

任何电机都可以通过突然反接电源以提供反向的旋转方向（反接制动）来停机。在可控情况下，这种制动方法对所有传统装置都是适用的。它主要的缺点就是当制动等于负载存储的能量时，电能被机器消耗了。这在大型装置中就大大增加了运行成本。14.3直流电机速度控制

所有直流电机速度控制的基本关系都可以由下式得出：

E∝Φω U=E+IaRa 各项就是它们通常所指的含义。如果IaRa 很小，等式近似为U∝Φω或ω∝U/Φ。这样，控制电枢电压和磁通就可以影响电机的转速。要将转速降为零，或者U=0或者Φ=∞。后者是不可能的，因此只可通过电枢电压的变化来减低转速。要将转速增加到较高值，可以增大或者减小Φ。后者是最可行的方法，就是我们通常所知的弱磁场。在要求速度调解范围宽的场合可综合使用这两种方法。

14.4使用晶闸管的单向速度控制系统一个单相晶闸管逆变器系统如图14.1所示。读者应该先忽略整流器BR2和它的相关电路（包括交流回路中的电阻器R），因为这部分只有在具有保护功能时才需要，将在下一节介绍。

图14.1 单向晶闸管逆变器系统

因为该电路是一个单向转换器，只能在一个旋转方向控制电机轴（系统的输出）的速度。而且，回馈制动不能用于电机；在这种系统类型中，电机电枢可以通过电气制动静止（例如，当晶闸管门极脉冲反向时，电阻可通过一个继电器或其他装置连接到电枢上）。

整流器BR1给并联励磁绕组提供一个稳定电压，产生稳定的磁通。电枢电流由一个晶闸管控制，该晶闸管又由加在它们极上的脉冲控制。脉冲正向时（减小起动延时角）电枢转速增加，门极脉冲反相时电枢转速减小。

速度参考信号可从人工操作的电位器（如图1右侧所示）上获得，反馈信号或输出转速信号可从连接在电枢上的电阻器链R1R2上获得。（严格的讲，图1系统中反馈信号只有当电枢电组的压降

IaRa很小时，才与轴转速成正比的电枢电压成正比。用于补偿IaRa压降的方法将在阅读材料中讨论。）因为电枢电压是从一个晶闸管上获得的，该电压包括一系列由电容器C滤波的脉冲。速度参考信号与电枢电压信号极性相反，以确保施加的都是负反馈。

直流电机装置的一个特征就是需要供电的负载时电阻、电导的混合，并且在图14.1中反电动势二极管D确保当晶闸管阳极电势低于前面叙述的电枢连接方式的上限时，晶闸管电流应换向为零。在所示拖动系统中，当晶闸管处于断开状态时，其阳极电势等于电机反电动势。只有在瞬时电源电压大于反向电势的间隔时它才会导通。图14.2所示的检测表明电机运行时晶闸管上峰值反向电压大于峰值正向电压。如图所示，在晶闸管上串联一个二级管，电路的反向关断能力就会增强，所以允许使用低压晶闸管。

图14.2晶闸管对电机反电动势的影响

图14.3电枢电压波形

图14.2所示的波形是理想的波形，因为忽略了电枢电感、换向器纹波等因素的影响。典型的电枢电压波形如图14.3所示。在该波形中，晶闸管在A点触发，一直到B点电源电压低于电枢反电动势时导通。电枢电感的作用使晶闸管保持到C点飞轮二极管使电枢电压反向之前导通。当电感能量消失（D点），电枢电流为零，电压恢复到它的正常水平，这个暂态过程最后稳定在E点。点E、F之前的纹波是由换向器引起的纹波。

BR2的原因和它的关联电路在14.5节具体介绍。

第三篇：自动化专业英语第三版(王树青) unit 5Controller Tuning翻译

控制器整定

1。某化工厂中经常遇到的过程控制系统是什么？

2。控制系统在安装后，必须调整什么？

3。什么样的方法经常被用来调整控制器吗？

4。能否请您给的典型方法和步骤？

后安装一个控制系统控制器的设置，通常必须进行调整，直到控制系统的性能被认为是令人满意的。此活动被称为控制器的控制器整定或现场调谐。由于控制器整定的操作通常是通过试验和错误的，它可以是相当乏味和费时的。因此，它是希望的令人满意的控制器设置有良好的初步估计。一个良好的第一猜测可能是类似的控制回路的经验。或者，如果一个过程模型或频率响应的数据是可用的，一些特殊的设计方法可以被利用来计算控制器设置。然而，现场调整可能仍然需要精神符控制器，特别是如果可用的进程信息是不完整的，或者不是很准确

选择控制器的类型（P，PI.etc）的设置和选择的一般准则是经常遇到的过程变量：流量，液位。气体的压力，温度，和组合物。该指导方针将讨论的过程模型是不可用的情况下是有用的。然而，他们应谨慎使用，因为异常发生类似的准则是选择初始控制器设置为启动一个新的工厂。

流量控制

流量和液体的压力控制回路，其特征在于由快速响应（在顺序

秒），与基本上没有时间延迟的pfo.ess动力学由于可压缩性（在气流中）或惯性的影响（在液体中）。如果使用了气动工具的传感器和信号传输线可能会带来显着的动态滞后。流量控制系统中的干扰往往是频繁的幅度很大，但一般不会干扰因素是高频噪声（定期或随机）由于流湍流，阀的变化，泵的振动。存在的重复高频率的噪音排除使用衍生诉讼。PI流量控制器通常使用与中间值的控制器增益Kc。液位

一个典型的非自调节液位过程中已经讨论过，因为它的集成性。一个datively高增益控制器可用于控制系统的不稳定性的关注不大。事实上，控制器增益的增加往往会带来系统中的稳定性增加。而低的控制器的增益可以增加振荡积分控制动作的程度，通常使用牙钻是不必要的，如果在液体中的电平（±5％）的小的偏移量可以容忍的微分作用还没有电平控制中通常采用的，因为水平的测量常常包含产生的噪声，plashing和动荡的液体进入储罐。

在许多电平控制问题，贮液容器被用作一个缓冲罐在其入口流的波动，如果从罐的出口流少见作为操纵变量结婚受潮，然后应该应用保守的控制器设置，以避免大的，快速波动。在出口流量。这一战略被称为平均控制电平控制过程模型和控制器设计be.ome的的复杂得多在这种情况下特殊的控制方法可以有利于马蒸发器，蒸发器，传热，如还涉及到。

气体压力

气体压力是比较容易控制的，除非当气体与液体平衡。的气体压力的过程是自动调节的：容器（或管道）承认更多的进料

随着压力过低和时间使当压力变得过高。PI

控制器通常只有少量的积分控制行动（即钛大）用通常的容器体积并不大，导致相对小的停留时间和时间常数。微分作用通常是没有必要的，因为过程的响应时间通常是相比其他工艺操作相当小。温度

温度控制回路的一般准则是困难的状态，因为各种各样的工艺和设备，涉及传热（和他们不同的时间尺度）。例如，热交换器，蒸馏塔，化学反应器，和蒸发器的温度控制的问题有很大的不同。由于时间延迟和/或多个热电容的存在下，通常会有控制器增益的稳定性的限制。PID控制器通常采用比可以得到与图版控制器提供更快速的响应。

组成构成回路，一般具有相似的温度回路的特点，但

几个不同之处：

1。测量的噪声是一个更重要的问题，在组合物循环。

2。由于分析仪的时间延迟可能是一个重要的因素。

这两个因素可以限制衍生诉讼的有效性。由于其重要性和管控的难度，成分和温度的循环往往是先进的控制策略的总理候选人。

1.5。2试验和错误调整

控制器领域的调整往往是程序控制器制造商建议的使用试验和错误。一个典型的PID控制器的方法可以总结如下：

步骤1。消除积分和微分作用，在其最大值设置在最小值，TI TD

步骤2。将KC设置在一个较低的值（例如，0 5），并把控制器自动

第3步。提高控制器的增益Kc，由小的增量，直到连续循环后，会出现一个小的设定点或负载变化。术语“连续循环”是指与恒定幅度的持续振荡。

步骤4。由两个因素降低的Kc

步骤5。增加TI米的小递增，直到连续循环再次发生。TI置位等于

三RIMES这个值。

第6步。提高钛，直到出现连续循环。TI置位等于这个值的三分之一。

值Kc，在连续循环中的步骤3的结果被称为作为最终的增益，将表示为KCU。在进行实验测试中，重要的是比控制器的输出不会饱和。如果饱和度不发生持续振荡甚至可能会导致KC> KCU 最终的收益，因为这个概念在控制系统中起着如此关键的作用

设计和分析。我们提出了一个更正式的定义;

定义。最大的价值的最终收益KCU的是的控制器，获得KCU的闭环稳定性的结果时，比例控制器的使用。

如果一个进程模型，然后KCU可以从理论上计算使用的稳定性标准。上述的试验和错误调整过程有许多的缺点

1。如果需要大量的实验优化KC，TI和TD或过程的动态退出缓慢，这是很费时的。单元控制回路测试，可他昂贵的，因为生产力的损失或产品质量低劣。

2。连续循环可能令人反感因为进程推到稳定极限。因此，如果在这个过程中的外部干扰或改变过程中发生调谐操作不稳定或危险的情况，可能会导致（例如“失控”的化学反应器）。

3。这个调整过程是开环不稳定的过程，是不适用的，因为这样的过程通常是不稳定的，高和低的KC值，但稳定的中间范围f值。

4。一些简单的进程没有一个最终的收益（例如，流程，可以准确地模拟一无时间延迟的一阶或二阶传递函数）

1.5.3连续循环法

可以考虑试验和错误的整定方法的基础上持续振荡，Ziegler和Nichols在1942年出版了著名的连续循环的方法会有差异。经典的方法可能是最好的方法整定PID。连续循环的方法也被称为，回路调整或最终收益法。第一步是低电平实验确定KC。如前一节中描述。所产生的持续振荡的时期被称为为最终期限浦。PID控制器的设置，然后计算从KC。和使用齐格勒尼科尔斯{“ZN）整定关系的浦表

1.5.1。的ZN的调整，elations了经验提供人/ 4衰减率。这些调整，关系已经被广泛的应用在工业和服务作为一种方便的基本情况，为比较不同的控制方案。然而，在本节后面的控制器参数整定的例子表明，ZN调整可以通过其他方法获得的设置，应谨慎使用劣质〜。

表1.5.1齐格勒-尼科尔斯控制器的基础上设置的连续循环法

注意聊天的的ZN设置为比例控制提供了重要的安全

缘自控制器增益是一个一半的稳定极限KCU当积分动作

添加，Kc的减小到0。45 KCU或PL控制。然而，除了衍生行动

允许增益增加t0时刻0。PID控制6Kcu为。

对于一些控制回路，振荡的程度，相关的l / 4衰减率和相应的大的过冲设定点的改变是不可取的。因此，较为保守的设置往往是优选的，如改性的ZN表1.5.2中的设置。

制作人：中国石油大学（华东）信控学院xueyue

虽然应用越来越广泛，使用Ziegler-Nichols连续循环方法，具有一定的审判相同的缺点和错误的方法。Howe.er，连续循环的方法是耗时少的试验和错误的方法，因为它仅需要一个试错的搜索。同样，我们想强调的是，控制器设置在表1.5.1和1.5.2应视为初步估计。往往需要通过试验和错误的后续微调。特别是，如果“原始设置”表l中被选中。或者，连续循环自动调谐方法，在这一节的末尾讨论也可使用。

1.5.4过程反应曲线法

Ziegler和Nichols在其著名的论文中提出了第二个上线的调整技术，工艺反应曲线法。此方法是基于在一个单一的控制器，在手动模式下，其由与实验测试。引入一个小的阶跃变化在控制器输出和所测量的过程响应B（t）被记录。此步骤的反应也被称为作为过程反应曲线。它的特点是由两个参数：NT通过拐点的切线的斜率，和θ的切线相交的时间轴的时间，在该时间。

两种不同类型的过程反应曲线示于图1。5。1步骤发生的变化，在t = 0;反应的案例

（一）是无界的，这表明这个过程是不是自我调节。对比度。在案件过程中考虑的假设（b）是自我调节的，因为过程反应曲线达到一个新的稳定状态。需要注意的是，可用于这两种类型的过程反应曲线的斜率截距表征。的Ziegler-Nichols整定的pro.ess反应曲线法的关系如图在Table1.5 3。S *表示的归一化的斜率，S'= S /＃P＃p为控制器输出p中引入的这些调谐关系，凭经验开发与升/ 4衰减比率的调谐，得到闭环响应的步骤的变化的幅度表1.5.3的关系，可用于自我调节和自我调节的过程。

制作人：中国石油大学（华东）信控学院xueyue

过程反应曲线所示的情况（b）Figure1.5.1具有典型的S形曲线的形状，下面的模型提供了令人满意的配合：

其中B'是受控变量的测量值，以及P'是控制器的输出。表示为偏差变量。请注意，该模型包括的传输功能的最终控制元件和传感器的发射器组合，以及过程传递函数。可确定模型参数K，T，θ和过程反应曲线。

过程反应曲线（中国）方法提供了几个显着的优点，1。只有一个单一的实验测试是必要的。

2。它不需要试验和错误。

3。控制器的设置很容易计算。

然而。中国的方法也有几个缺点：

1，实验测试进行开环的条件。因此，如果在测试过程中发生显着的负载变化时，没有采取纠正行动和测试结果可显着地失真。

2。它可能是困难的，特别是如果在拐点准确地确定斜率测量噪声和使用小型记录图表。3。的方法往往是敏感控制器校准误差。相比之下，Z-N的方法是较不敏感KC校准误差，因为控制器增益的实验测试过程中被调整。

4，建议设置在Table1.5。2和表1.5.3倾向于导致振荡

5。方法是不建议的过程，有振荡的开环反应，因为他们提供一个1/4衰减率。

闭环版本的过程反应曲线方法已被提出作为一个局部的补救方法的第一个缺点。FN这种方法，过程反应曲线是在只有比例控制在设定点的阶跃变化。在方程（1.51）中的模型参数，然后计算以一种新颖的方式从闭环响应。这些过程闭环反应的方法的一个小缺点是，该模型参数计算AW比标准的开环

方法更复杂。

选择“过程动态控制戴尔·Seborg QT埃德加，JOHN WILEY＆Sonsi的1989年”

第四篇：自动化专业英语

1)the parameterization of the0controller0isC=X+MQ/Y-NQ。where N,M are right coprime factors of P,X,Y satisfy NX+MY=1,Q∈RH∞

2)According to the right coprime factorization of P, N=,M=,X=,Y=By the performance of the closed-loop system

N(0)[X(0)+M(0)Q(0)]=1 N(10j)[Y(10j)-N(10j)Q(10j)]=0，So take Q in the form Q(s)=x1+x2·1/s+1+x3·1/(x+

1)²

we can get the solution of Q。x1=,x2=,x3=,Q=Finally,the controller is C=

步骤:S=1-λ/λ代人 P(λ)=λ²/6λ²-5λ+1

X=-q2/r2 ,y=1+q1q2/r2 λ=1/s﹢1

N(S)=1/(s+1)²

M(s)=(s-1)(s-2)/(s+1)² X(s)=19s-11/s+1Y(s)=s+6/s+1

C=X+MQ/Y-NQ

N(0)[X(0)+M(0)Q(0)]=1 N(10j)[Y(10j)-N(10j)Q(10j)]=0

Q(0)=6，Q(10j)=-94+70j Q(s)=x1+x2·1/s+1+x3·1/(x+

1)²

x1=-79 x2=-723 x3=808 Q(s)=(-79s²-881s+6)/(s+1)²C(s)=[-60s4-598s32

2+2515s-1794s+1]/[s(s+100)(s+9)]

A control system is stable if the number of encirclements of the(-1,0)point by the GH plot is equal to the number of poles of GH with positive real parts.The direction of encirclement must be in a direction opposite to τs.GH is on open loop transfer function.τs is open right half of s-plane.一个控制系统是稳定的数量是否包围的(1,0)点的GH图的数量相等的两极与积极的真实部分GH。被包围的方向都必须在一个τs的相反方向。

“GH”是在开环传递函数上。τs在s-plane的右半平面开放。

二．The process of designing a control system generally involves many steps.A typical scenario is as follows:

1.Study the system to be controlled and decide what types of sensors and actuators will be used and where they will be placed.2.Model the resulting system to be controlled.3.Simplify the model if necessary so that it is tractable.4.Analyze the resulting model;determine its properties.5.Decide on performance specifications.6.Decide on the type of controller to be used.7.Design a controller to meet the specs, if possible;if not, modify the specs or generalize the type of controller sought.8.Simulate the resulting controlled system, either on a computer or in a pilot plant.9.Repeat from step 1 if necessary.10.Choose hardware and software and implement the controller.11.Tune the controller on-line if necessary.r．reference or command inputvsensor outputuactuating signal, plant inputdexternal disturbanceyplant output and measured signaln．sensor noise

第五篇：自动化专业英语(翻译)P5U1教学课件

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Email : wanghongwen@hebut.edu.cn http: // www.xiexiebang.com P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文 A 自动化网络的应用领域 A 自动化网络的应用领域

1.课文内容简介:这篇文章是对《工业现场总线》, 《网络控制技术》的一种补充.主要讲述如何根据不同 的控制要求选用不同的网络结构和通讯协议,较详细地 介绍了在工厂自动化,过程自动化中常用的总线协议, 并对现场级,主站级的网络结构和通讯协议,均一化的 网络体系结构作了说明.2.温习有关现场总线,自动化网络方面的内容.3.生词与短语 building automation 楼宇自动化 harsh adj.苛刻的 modulating n.调制 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文 A 自动化网络的应用领域

calibration n.校准,标度 commissioning n.试车,试运转 hierarchy v.层次,级别 marshaled n.整顿,配置 superimposed adj.有层次的 moderate adj.缓和的 fault tolerant 容错 transparency n.透明 ongoing v.使机械化 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

自动化网络的应用领域 4.难句翻译 [1] For example, factory automation and process automation are often used in harsh and hazardous environments where people, nature, and expensive machinery are at stake or where a production interruption is costly.These requirements contrast significantly with building automation, for example, where keeping costs low is a main driving force.举例而言,工厂自动化与过程自动化通常应用在苛刻和危险 的场合.而在这些场合,人员,环境及昂贵的机器设备处于危险 之中,或者生产的中断会造成巨大损失.这些需求同追逐低成本 的楼宇自动化相比,有明显的差异.[2] The network types ideal for simple discrete I/O focus on low overhead and small data packets, but they are unsuitable for larger messages like configuration download and the like.对简单的离散I/O较为理想的网络类型注重低开销及小的数据 包,但它们不适用于组态下载等较大的报文.P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

自动化网络的应用领域 5.参考译文

A 自动化网络的应用领域

网络已应用于自动化的所有领域.在工厂自动化,过程自 动化及楼宇自动化的领域内,网络完成各种各样的任务.而且, 由于不同的工业领域具有各自的特性和各种不同的要求,不同自 动化网络所执行的任务也有明显的差异.此外,网络中设备的连 接,组态及数据的交换也不同.没有一种单一的总线能适用于所有工业控制;相反,每种总 线总是针对其所运用领域的特点而优化的.举例而言,工厂自动 化与过程自动化通常应用在苛刻的和危险的场合.而在这些场合, 人员,环境及昂贵的机器设备处于危险之中,或者生产的中断会 造成巨大损失.这些需求同追逐低成本的楼宇自动化相比,有明 显的差异.P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

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工厂自动化 在具有装配线的制造业类工厂中,如汽车,灌装与机械工业, 离散逻辑控制处于主导地位,而传感器所感受到的将只是“是” 或“否”,例如,是否有一个箱子处于流程机器的前方.对简单 的离散I/O较为理想的网络类型注重低开销及小的数据包,但它 们不适用于组态下载(Configuration download)等较大的报文.这 些类型的网络有 Seriplex,Interbus-S及AS—I(AS—Interfa-ce), 有时将它们称为传感器总线或比特(bit)级总线.其他更为先进的(bit)离散逻辑协议则包括DeviceNet ,ControlNet ,及 PROFIBUS(DP及FMS应用行规).这些总线有时被归类于设备 总线或字节(byte)级总线.工厂自动化含有快速移动的机械,因 此同较慢的过程相比要有更快的响应.这些任务在传统上是由 PLC来处理的.过程自动化 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

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对炼油,造纸,电力以及化工等过程对象而言 ,连续的调节 性控制占支配地位.测量是模拟的(此处意味着标量值是以数字 信号传送的),而执行则是调节性的.当然,过程工业也采用一 些离散控制,而以离散为主的制造业也采用一些调节性控制.现 在,市场上已经存在现场总线开/关,它是用作通/断传感器的小 型远程安装的I/O模块.以前,是由集散控制系统(DCS)或单回路 调节器完成这种工作.本文将重点讨论三种与过程相关的网络:基金会现场总线(FF),PROFIBUS(PA应用行规)与HART.这些总线目前一般都 被笼统地称为现场总线,尽管有些人会有争议,说其中有的不属 于现场总线.这三种协议在设计时已明确了现场仪表由总线供电, 也规定了现场仪表应具备所定义的参数与指令用于设备管理,如 识别,诊断,材质及用于校验及调试的功能.就规模而论,一般 认为,工业自动化网络所组成的局域网(LAN)跨越不大于直径为 1km或2km的区域,而且一般限制在一幢建筑物或一群建筑物内.显然,只能延伸几米的网络是不够用的,而跨越城市或甚至全球 的网络则过大了.P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

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现场与主站网络的层次 即使在过程工业的控制系统中,其体系结构的每一层次也都 具有不同的网络特性.在现场端的许多仪表如变送器与阀门定位 器有其特定的需求,而在主站级的工作站,链接设备与控制器则 有其它的需求(见图5-1A-1).当现场总线开始发展时, 过程工业对现场级网络 提出了大量其他网络不 曾遇到的要求.因此.需要考虑许多新的设计 思路.在上层,所有来 自现场级网络的数据都 需要被集中到单一的主 站级网络中.H ost lev el L inking D ev ice F ield level C onventio nal I/O-subsystem 图 5-1A-1 双层自动化网络结构 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

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同时,主站级网络还需执行所有与工厂自动化相关的任务.现场级 在现场级,对于过程仪表占主导地位的协议有HART,基金 会现场总线(FF)的H1及PROFIBUS PA.HART协议与其他两个 协议有很大的不同.HART是所谓的智能(smart)协议,它是将数 字通信叠加在常规的4—20mA的信号上而产生的组合.正因如此, HART协议是从模拟向数字过渡过程中的一种理想的中间解决方 案.HART与现有的模拟记录仪,控制器与指示仪兼容,而同时 它又使用数字通信,使远程组态和诊断成为可能.尽管HA-RT协 议允许数台设备多挂接在一根双绞线上,但由于数据更新速度低(一般为每台设备0.5s),所以不经常使用这种连接方式.在绝大 多数的系统中,HART设备采用点到点的连接方式,也就是每台 设备各用一根双绞线.同时,为了组态及维护,可经常 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

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地临时接上手持终端.基金会现场总线的H1与PROFIB-BUS PA 都完全是数字化的协议,甚至都遵循IEC 61158-2标准而使用同 样的布线.然而除此之外,这两种协议之间存在着很大的差异, 根据所需要的系统结构的不同,其中的一种协议可能比另一种更 适合.在现场级有着大量仪表,往往是成百上千.线路往往也很长, 网络电缆必须从控制室一直连接到现场,或接到塔上,然后再分 支到遍及现场的所有设备.由于每个网络能多挂接的设备数量受 限制,因此,即使是一个中等规模的工厂,也可能有多条网络电 缆引向现场,尽管线缆数量比点到点的布线已减少了很多.现场 级网络从设计上使线缆可以延伸得很远,并允许现场设备从网络 中获得供电.这样,同一根双绞线不但可向设备供电而且同时传 送数字信号,从而避免了单独供电用的电缆,既简化了布线又降 低了成本.P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

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作为降低成本的另一种措施,设计者选择了适中的现场级网 络通信速度,以便可以使用标准的,仪表等级的电缆而非特殊的 数据电缆.由于也不需要特殊的连接器,耦合器和集线器,所以 可以完成简单而实用的连接.在多数场合下,常规仪表所使用的 电缆的等级完全可以满足现场总线网洛的要求.这也使得当现有 的工厂采用现场总线时,有可能可以使用原有的电缆.在可能出 现可燃流体的危险过程环境,本质安全常常是优先选用的保护措 施.所以现场总线网络在设计上允许将安全栅安装在总线上.另外,由于设计者选择了适中的现场网络通信速度,因此所 连接的设备并不需要耗费大量的CPU处理能力来快速处理通信.结果是它们也只消耗很少的功率.由于设备的低功耗意味着在线 路上的压降也低,因此,即使在长距离甚至还使用了本质安全栅 的情况下,仍可以将几台设备用分支线接在同一个网络上.现场 级网络的另一个突出优点是由布线自由而带来的网络拓扑结构上 的自由度.最后,这些现场总线网络的设计还使它们可以在相当 恶劣并有电气干扰的现场环境中运行.P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

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主站级 在主站级,以太网标准已经成为占支配地位的布线技术(图51A-2).有许多协议是基于以太网布线的,它们包括基金会现场 总线(HSE),PROFInet, Redundant Modbus/TCP等协议.Host level 使用现场总线及设备管 理软件的工厂会遇到带 Linking Device 宽需求的激增,因此在 主站级必须具有高速网 Field level 络.现场级网络从现场 仪表采集了如此众多的 数据.结果使信息量剧 增.图 5-1A-2 带冗余实用的主站级网络 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文 A 自动化网络的应用领域

这一巨大的信息量是一个老式的专有控制级网络无法应对 的.以太网具备传送大量数据所需的吞吐量,这些数据用于传统 工厂的操作和历史趋势,用于新增的远程诊断,维护及组态功能, 以及用于对工厂自动化任务的快速响应.这些应用之所以选择以 太网,是因为其高速度使其有能力传送所有的这些信息.此外, 以太网已经成为标准,并被广大技术人员深入了解,也已获得广 泛的应用.用于以太网的各种各样的设备与解决方案都是现成的.在许多应用中,对主站级协议的关键要求之一是有效性.网 络必须能容错,也就是说在有故障时能启动和运行.由于整个工 厂是通过该网络来操作并进行监控的,所以主站级网络的有效性 尤为关键.停车具有极大的破坏性并会造成巨大损失;网络的彻 底崩溃将导致极其严重的后果.虽然以太网源自办公环境,但在 工厂控制系统中可以采用坚固的工业级(与商业级不同)附件及布 线方案.主站级网络的设计允许冗余,以便使网络能容错.P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文 A 自动化网络的应用领域

采用多层冗余及工业增强型部件的工业级网络,能处理多个同时 发生的故障.物理上的远距离对主站级网络来说并不重要.因为它一般只 局限在控制室内,所以以太网所规定的距离一般来讲是足够的.作为公认的标准,以太网的一大优势是可以使用几种可供选择的 介质.采用铜芯介质的以太网不适合现场,因为它不能延伸很长 的距离.因此它的应用局限于控制室内(即“主站总线”而不是 “现场总线”).然而,光纤及无线电以太网则可以延伸到很长 的距离,所以适用于远程应用.主站级网络将过程自动化系统中所有的子系统连接在一起.除基本控制功能以外,工厂里还经常有带辅助功能的成套设备, 如锅炉或压缩机.它们往往有随设备自带的控制单元需要同系统 的其余部分集成起来(图5-1A-3).P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文 A 自动化网络的应用领域

P lant Inform ation O peration M aintenance A dvanced C ontrol P aper S canner H ub S afety S hutdow n B asic C ontrol B oiler C om pressors T ank F arm 图 5-1A-3 带有分布式系统的标准主站级网络 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文 A 自动化网络的应用领域

例如,一个炼油厂可能有安全停车系统,造纸厂有扫描架,而 化工厂可以有先进控制系统.基于以太网标准协议的子系统可以 简单地接入到系统中.主站级网络可以同工厂不同区域的现场级网络连接在一起而 构成大系统.在各区域内部的控制及监测是可能的.主站级协议 可以直接地或通过历史数据库及其他工厂信息软件同企业商务系 统连为一体.特别值得注意的是,以太网并不是一个完整的协议.实质上, 以太网标准只规定了针对电缆的不同选项以及在网络上的设备如 何访问总线.以太网并不规定数据的格式或数据的语义.即使结 合其他技术如TCP/IP和UDP,协议仍然是不完整的.一些控制 系统制造商已经使用以太网多年,但每家提供的数据格式及功能 都各不相同.即使包含了TCP/IP,市场上控制系统 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

自动化网络的应用领域

所采用的大多数以太网网络实际上都是专有的.这是因为尽管连 接在同一根线上而且不存在什么矛盾,网络上的设备却无法相互 访问及解释彼此的信息.因此,当购买以太网的产品及系统时, 要非常谨慎小心;它们往往不是所宣传的那样.TCP,UDP及IP 在第4章“过程控制 ”中进行讨论.更好的想法是寻找一个基于以太网的完全开放的协议,这样 不同的设备和子系统甚至对等网络之间可以互相通信.均一化的网络体系结构 由于它们的需求几乎相反,因此现场级和主站级的需求有各 自不同的特点.因为现场级网络通信速度低,所以不适合主站级 网络;而主站级网络在距离上受很大的限制,所以也不太可能在 现场级使用.现场级网络取代了智能仪表及子系统的传统协议, 而主站级网络则取代了控制网络及商务网络.控制系统的主站级 网络使用服商务网络相同的网络技术,因此它们可以无缝地集成 在一起.依靠一个简单的路由器便可使纯粹的商务通信与纯粹的 P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文

自动化网络的应用领域

控制通信隔离开来,从而确保快速的响应.为使系统的集成简化及紧密,重要的是选择一个均一化的网 络体系结构,即它的上,下层协议基本上是一样的,而只是在不 同的介质上进行传送.这样,就可确保其透明度,并使其在通信 映射及互操作性方面问题最少.幸运的是,已经有了像这样的协 议“组合”.较为理想的组合是基金会现场总线H1及HSE或 PROFIBUS PA和PROFInet.如果在主站级或在仪表与操作员间 的某个环节上使用专有协议,那么很可能会丧失重要的功能及互 操作性,还将迫使工程师们在协议间去作艰巨耗时的参数映射.在整个系统内应用同一技术,可大大简化系统的初步工程设 计与配置以及后续的运行与管理.工程师技术人员也可以在系统 的各个部分毫不费力地工作,而且不需要重新培训.P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变 B 控制系统体系结构的演变 1.课文内容简介:主要介绍《网络控制技术》中的完全 集中的直接数字控制(DDC)系统,可编程逻辑控制器(PLC)体系结构,集散控制系统(DCS)各自的优,缺点, 提出了现场控制系统(FCS)的概念,并以此为基础,给 出了主站的定义.2.温习自动化网络结构方面的内容.3.生词与短语

close-knit adj.紧密的 pneumatic adj.气动的 predominantly adv.卓越地,突出地 P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

incline to 倾向于 christen v.命名为 vulnerability n.弱点 scalability n.可测量性 redundancy n.冗余 handheld terminal 手持终端 P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变 4.难句翻译

[1] In the pneumatic era the controller was typically situated in the field and there operated locally.There was therefore no system to speak of.在气动时代,控制器一般位于现场并就地进行操作,因此毫 无系统可言.[2] When introduced, the DCS was christened “distributed” because it was less centralized than the DDC architecture.By today's standards, however, the DCS is considered centralized.DCS 之所以一开始被冠名为“分散”的,是因为它没有 DDC 体系结构那么集中.但是, 如按今天的标准来衡量,DCS 应该被认为是集中的.P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

[3] One of the possibilities that a standard programming language and powerful communications features enable is the ability to perform control that is distributed into the field devices rather than a central controller.标准的编程语言同强有力的通信功能相结合的结果之一是将 控制分散到现场设备中,而不集中在一个控制器上.5.参考译文

B 控制系统体系结构的演变

现场的信号传输与系统的体系结构在发展上是紧密相联的.信号传输的每一次改进都导致了系统在更大程度上的分散化以及 对现场仪表更好的访问.在气动时代 ,控制器一般位于现场并就 地进行操作,因此毫无系统可言.随着模拟电流回路的出现,可 以将现场仪表的信号传输到位于控制室的中央控制器 ,然后再 P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

向现场的调节阀门发出控制信号.在完全集中的直接数字控制(DDC)体系机构中 , 全部的控制策略是在计算机中完成的.由于 所有的功能集中在一台计算机中,即使是计算机的一个单一的故 障也会使整个系统及其所有的回路失效.由于这个原因,一种常 见的做法是在现场采用后备的就地气动调节器.这样, 一旦 DDC 出现故障,它马上就 可以投入运行.显然, 集中的体系结构有着 相当严重的有效性问题.到了20 世纪70年代初期,更为分散的 可编程逻辑控制器(PLC)及集散控制系统体系结构(DCS)便应运 而生了.DCS 和 PLC 体系结构 DCS 与 PLC 是随着数字通信的到来而诞生的.但其体系结 构还是基于4~20mA 的现场变送器与阀门定位器而进行设计的.然而,DCS 比 DDC 在控制方面有了很大的进步,因为它将控制 分散在几个较小型的控制器中,而每个控制器处理 30 个左右的 控制回路.这样,一个故障只会影响工厂的一部分,而不像 DDC 中影响工厂全部.换言之, 较大程度的分散增加了系统的有 效性.这是第一个好处.P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

第二个好处是可以更好地组织组态.用户可分开管理针对各个独 立的工厂单元的组态与控制器.DCS和 PLC 的体系结构的特点 在于有常规I/O(输入/输出)子系统或“巢窝”,其中 I/0 模板组合 通过一个 I/O 子系统网络分别连入其各自的中央控制器.现场仪 表的主体是常规的模拟设备.通过控制层网络,控制器彼此间以 及控制器同工作站间组成网络.在最顶层,还可以有一个工厂层 网络将工作站连接到商务环境.经过多年的演变,DCS 可以带 有同使用专有协议的智能仪表相兼容的通信接口,因而也可提供 某种程度的组态与检查.并非所有的智能仪表协议都允许同时传 输 4~20mA 与通信.这就使得许多用户无法使用通信功能.此 外,大多数 DCS 不提供 HART 接口,因为所有的 DCS 系统制造 商都有与其竞争的专有协议.因此,工厂倾向于从系统供应商, 而不是第三方,购买现场仪表.一个 DCS 系统通常有多达 4 层 不同的网络,每层都有其不同的技术,即:设备,I/O 子系统, 控制器以及商务与全厂的集成(见图 5-1B-1).P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

Business Plant-level Gateway Console Control-level Controller RIO-level I/O-subsystem 4-20 mA & Device-level 图 5-1B-1 具有多重网络级别的传统分布式系统和可编程序控制器结构 P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

所有这些硬件及网络的层次使系统变得相当复杂而且昂贵.DCS 之所以一开始被冠名为“分散”(distributed)的,是因为它没有 DDC 体系结构那么集中.但是,如按今天的标准来衡量,DCS 应该被认为是集中的.这种体系结构相对来讲是脆弱的,因为哪 怕一个故障也会产生大范围的影响.正是由于这一脆弱性,控制 器, I/O 子系统网络,I/0模块等不得不采取冗余技术,以避免整 体失控.当然,每个层次的冗余意味着复杂的结构和昂贵的价格.FCS 体系结构 基金会现场总线(FF)规范同其他网络技术的独特差异在于, 它不仅是一个通信协议, 而且还是一个建立控制策略的编程语 言.标准的编程语言同强有力的通信功能相结合的结果之一是将 控制分散到现场设备中,而不集中在一个控制器上.例如,通常 将作为回路一部分的阀门定位器当作调节器使用.它只在自身回 路执行 PID功能块,而不参与其他回路.这种基于现场设备能力 的新型体系结构已不再以控制器为核心,所以被称为现场控制系 统(FCS), 它可以取代 DCS(见图5-1B-2).P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变 Host-level Router Linking router device Field-level 图 5-1B-2 带有现场设备控制的现场控制系统 P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

FCS 不再将每台现场设备看作外设.由于它的分散性,FCS 的 体系结构具有很多优点,如较高的有效性,较大的规模弹性及较 低的成本.FCS的体系结构从 DCS 的概念演变而来,并且在 DCS 概念的基础上更进一步,其结果就是系统更加分散,因而 降低了在发生故障时的脆弱性.在 FCS 体系结构中处于现场级 网络的仪表通过链路设备同位于主站级网络的工作站相连接.因 此,在 FCS 中只有两个网络层.通常,现场仪表执行在过程工 业占自动化任务中大部分的调节性控制.链路设备或中央控制器 可以完成离散逻辑和顺序控制.当控制在现场设备中完成时,所 需中央控制器的数量急剧减少,在某些情况下甚至完全不需要中 央控制器.这就大大地降低了系统的成本.换言之,应用总线技 术将不单是在电缆上获得节省.由于中央控制器被从以计算为主 的调节性控制中解脱出来,它可以从事于执行其他较高性能的控 制任务,从而改善控制.由于在 FCS 中不再由一个控制器处理 多个回路,这样便避免了一个单一故障影响大部分工厂的状况.但在 FCS系统 P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

中依然存在处理离散 I/0 及控制的中央控制器,因为这些功能一 般很少网络化.当工厂使用中央控制器时,如果要获得高的有效 性,就应当采取冗余技术.乍听起来 , 很难想象小型现场设备控 制器能取代一台“单元控制器”来控制一个大型的工厂.其秘密 在于每台设备只处理一个回路.通过将成千上万台设备用网络连 接在一起,它们所集结的众多微处理器的能力将超过早期的系统.控制的任务被分割成部分,并分散到并行工作的现场设备中去, 而每台设备只对其自己的回路负责.由这些设备同时工作而构成 的真正的多任务系统,是只靠单一的处理器不可能实现的.最终 结果是系统具有非常好的性能,而且加入的设备越多,系统的能 力越强.能力的增强使得有可能不必将模拟数值转变为整数.而 对于集中控制系统,浮点运算并不总是可能的,因为它会太多地 增加处理器负荷.目前,浮点运算的格式已贯穿现场总线设备的 整个控制策略.P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变

主站与系统 由于 4~20mA 的信号只单向地携带单个信息,所以操作员无 法确定模拟设备内到底发生了什么,也不可能在系统的操作台上 完成组态,诊断及其他检查任务.在应用了智能仪表的场合下, 则可用手持终端来获得一些额外的信息.常规的甚至是智能的设 备不能被认为是集成在控制系统中的,因为它们无法被操作员完 全访问.操作员的视野只能延伸到控制器, 还可能到达 I/O 子系 统,但不可能更远.因为现场仪表是多个孤立的实体,它们被看 作独立于控制系统之外,而不是系统的一个组成部分.而在 FCS 中,现场仪表是整个系统的一个有机部分.过去 所谓的“系统”部分只剩下工作站及链路设备.直接与主站级网 络相连的工作站则被简称为主站(host)(见图5-1B-3)P5U1B Evolution of Control System Architecture 第五部分第一单元课文 B 控制系统体系结构的演变 H ost S y s te m L in k in g d e v ic e s Fig.5-1B-3 现场设备,主站均是系统的一部分 现场设备, 1